DE112015006241B4 - Valve device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung (10; 20; 30; 40), umfassend: einen Kanal (2) zum Führen eines Fluids (3); einen Ventilkörper (5), der in dem Kanal (2) angeordnet ist; eine erste Koppelanordnung (4), die dem Kanal (2) zugeordnet ist, und eine zweite Koppelanordnung (6), die dem Ventilkörper (5) zugeordnet ist, wobei eine der beiden Koppelanordnungen eine Magnetanordnung (11; 12) umfasst und die andere der beiden Koppelanordnungen eine Supraleiteranordnung (13) umfasst, und die Magnetanordnung (11; 12) und die Supraleiteranordnung (13) kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt sind, um eine schwenkbewegliche Lagerung des Ventilkörpers (5) gegenüber dem Kanal (2) zu gewährleisten; ein Antriebsmittel (7) zur, insbesondere kontaktlosen, Bereitstellung einer Betätigungskraft auf den Ventilkörper (5), um diesen relativ zum Kanal (2) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu verschwenken und dadurch einen freien Querschnitt des Kanals (2) zu beeinflussen.The invention relates to a valve device (10; 20; 30; 40) comprising: a channel (2) for guiding a fluid (3); a valve body (5) which is arranged in the channel (2); a first coupling arrangement (4) which is assigned to the channel (2), and a second coupling arrangement (6) which is assigned to the valve body (5), one of the two coupling arrangements comprising a magnet arrangement (11; 12) and the other comprising the two coupling arrangements comprises a superconductor arrangement (13), and the magnet arrangement (11; 12) and the superconductor arrangement (13) are coupled to one another in a contactless force-transmitting manner in order to ensure a pivotable mounting of the valve body (5) relative to the channel (2); a drive means (7) for, in particular contactless, providing an actuating force on the valve body (5) in order to pivot it relative to the channel (2) between a first position and a second position and thereby to influence a free cross section of the channel (2) .
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung mit einem Kanal und einem Ventilkörper, die ausgebildet ist, durch eine Relativbewegung des Ventilkörpers zum Kanal einen freien Querschnitt des Kanals zu beeinflussen.The invention relates to a valve device with a channel and a valve body which is designed to influence a free cross section of the channel by a movement of the valve body relative to the channel.
Aus dem Stand der Technik sind Ventilvorrichtungen bekannt, bei denen ein im Kanal befindlicher Ventilkörper mechanisch mit einem außerhalb des Kanals angeordneten Antriebsmittel verbunden ist und von diesem relativ zum Kanal bewegt werden kann.Valve devices are known from the prior art in which a valve body located in the channel is mechanically connected to a drive means arranged outside the channel and can be moved by this relative to the channel.
Aus der JP H01- 193 471 ist ein Kugelventil mit einem scheibenförmigen Supraleiter in einer zur Kugelmitte exzentrischen Position und einem rohrförmigen Elektromagneten in der Nähe des Kugelventils in entsprechenden Auslässen bekannt, wobei der scheibenartige Supraleiter in einer exzentrischen Position innerhalb des Kugelventils in einem trichterartigen Durchgangsloch angeordnet. Ein Ventilgehäuse ist auf der divergierenden Seite des Durchgangslochs mit einem Einlass und auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Vielzahl von Auslässen versehen. Elektromagnete, die auf die Mitte des Kugelventils gerichtet sind, sind in der Nähe des Kugelventils an den jeweiligen Auslässen angeordnet und erzeugen bei Stromzufuhr den Meissner-Effekt, um die Position des Kugelventils zu verändern.JP H01-193 471 discloses a ball valve with a disk-shaped superconductor in a position eccentric to the center of the ball and a tubular electromagnet near the ball valve in corresponding outlets, the disk-like superconductor being arranged in an eccentric position inside the ball valve in a funnel-like through hole . A valve housing is provided with an inlet on the diverging side of the through hole and a plurality of outlets on the opposite side. Electromagnets, which are directed towards the center of the ball valve, are arranged near the ball valve at the respective outlets and, when supplied with power, generate the Meissner effect in order to change the position of the ball valve.
Die
Aus der
Die
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ventilvorrichtung bereitzustellen, die flexibel eingesetzt werden kann.It is an object of the present invention to provide an improved valve device which can be used flexibly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilvorrichtung gelöst, die einen Kanal zum Führen eines Fluids, einen Ventilkörper, der in dem Kanal angeordnet ist, eine erste Koppelanordnung, die dem Kanal zugeordnet ist, und eine zweite Koppelanordnung, die dem Ventilkörper zugeordnet ist, umfasst. Eine der beiden Koppelanordnungen umfasst eine Magnetanordnung und die andere der beiden Koppelanordnungen umfasst eine Supraleiteranordnung. Die Magnetanordnung und die Supraleiteranordnung sind kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt, um eine schwenkbewegliche Lagerung des Ventilkörpers gegenüber dem Kanal zu gewährleisten. Die Ventilvorrichtung umfasst zudem ein Antriebsmittel zur, insbesondere kontaktlosen, Bereitstellung einer Betätigungskraft auf den Ventilkörper, um diesen relativ zum Kanal zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu verschwenken und dadurch einen freien Querschnitt des Kanals zu beeinflussen. Vorzugsweise ist der Ventilkörper dabei zwischen der ersten und der zweiten Stellung in beliebig viele weitere Stellungen verschwenkbar.This object is achieved according to the invention by a valve device which comprises a channel for guiding a fluid, a valve body which is arranged in the channel, a first coupling arrangement which is assigned to the channel, and a second coupling arrangement which is assigned to the valve body. One of the two coupling arrangements comprises a magnet arrangement and the other of the two coupling arrangements comprises a superconductor arrangement. The magnet arrangement and the superconductor arrangement are coupled to one another in a non-contacting manner in a force-transmitting manner in order to ensure that the valve body is pivotably supported relative to the channel. The valve device also comprises a drive means for, in particular contactless, providing an actuating force on the valve body in order to pivot it relative to the channel between a first position and a second position and thereby to influence a free cross section of the channel. Preferably, the valve body can be pivoted into any number of other positions between the first and second positions.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ventilkörper also erstens durch eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung schwenkbeweglich im Kanal gelagert und zweitens durch eine Verschwenkung zwischen zwei oder mehreren verschiedenen Stellungen bewegt. Durch die erfindungsgemäße Kombination dieser beiden Aspekte wird, wie nachfolgend näher erläutert, insbesondere der Vorteil erzielt, dass die Ventilvorrichtung flexibel eingesetzt werden kann.According to the present invention, the valve body is firstly mounted in a pivotable manner in the channel by a contactless force-transmitting coupling and secondly moved by pivoting between two or more different positions. The combination of these two aspects according to the invention, as explained in more detail below, has the particular advantage that the valve device can be used flexibly.
Zunächst wird bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung über das Zusammenspiel zwischen einer Magnetanordnung und einer Supraleiteranordnung und die dadurch bewirkten magnetischen Wechselwirkungen eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung erzielt. Aufgrund dieser kontaktlos kraftübertragenden Kopplung der Koppelanordnungen und der resultierenden magnetischen Lagerung des Ventilkörpers ist es bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung nicht erforderlich, ein mechanisches Lager für den Ventilkörper vorzusehen, und somit ist es auch nicht erforderlich, entsprechende Befestigungselemente und Abdichtungen an der Innenwandung des Kanals bereitzustellen. Daher erfordert der Kanal der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung keine speziell ausgestaltete Innenwandung.First, in the valve device according to the invention, a contactless force-transmitting coupling is achieved via the interaction between a magnet arrangement and a superconductor arrangement and the magnetic interactions caused thereby. Because of this contactless force-transmitting coupling of the coupling arrangements and the resulting magnetic mounting of the valve body, it is not necessary in the valve device according to the invention to provide a mechanical bearing for the valve body, and thus it is also not necessary to provide appropriate fastening elements and seals on the inner wall of the channel. The channel of the valve device according to the invention therefore does not require a specially designed inner wall.
Ferner ist es aufgrund der von außen kontaktlos einzuleitenden Verschwenkung des Ventilkörpers möglich, den freien Querschnitt des Kanals zu beeinflussen, ohne dass der Ventilkörper in einer der Stellungen wie bei einem Schieberventil aus dem Kanal herausgeschoben werden müsste. Somit kann der Ventilkörper in beiden, vorzugsweise in allen, Stellungen vollständig im Kanal verbleiben. Im Gegensatz hierzu muss, wenn zur Beeinflussung des freien Querschnitts eine reine Verschiebung des Ventilkörpers eingesetzt wird, in der Regel eine spezielle Kammer vorgesehen sein, in welche der Ventilkörper in einer der beiden Stellungen verschoben werden kann. Eine solche Kammer ist bei dem erfindungsgemäßen Ventilkörper aufgrund der beanspruchten Verschwenkung nicht unbedingt erforderlich.Furthermore, due to the pivoting of the valve body, which is to be initiated contactlessly from the outside, it is possible to influence the free cross section of the channel without the valve body having to be pushed out of the channel in one of the positions as with a slide valve. The valve body can thus remain completely in the channel in both, preferably in all, positions. In contrast to this, if a pure displacement of the valve body is used to influence the free cross section, a special chamber must generally be provided into which the valve body can be moved in one of the two positions. Such a chamber is not absolutely necessary in the valve body according to the invention because of the claimed pivoting.
Im Ergebnis kann deshalb durch die erfindungsgemäße Kombination der beiden diskutierten Aspekte - nämlich dass der Ventilkörper durch eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung schwenkbeweglich gelagert ist, und durch eine Schwenkbewegung verschiedene Stellungen einnimmt - ein Kanal verwendet werden, dessen Kanalinnenwandung in keiner speziellen Weise ausgestaltet sein muss. Hierdurch kann die Herstellung des Kanals der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung erleichtert werden. Ferner kann der Ventilkörper hierdurch sehr flexibel eingesetzt werden. Zum Beispiel wird es möglich, durch Einbringung des Ventilkörpers in ein bestehendes Kanalsystem eine Ventilvorrichtung an einem gewünschten Abschnitt des Kanalsystems zu realisieren, ohne dafür das bestehende Kanalsystem aufzutrennen und/oder ohne zusätzliche Arbeiten am Kanalsystem wie Bohren oder Ähnliches vorzunehmen. Da für den Kanal der erfindungsgemäßen Ventilverrichtung nämlich keine besonderen Voraussetzungen bestehen, ist es möglich, einfach einen Kanalabschnitt eines bestehenden Kanalsystems als den Kanal der Ventilvorrichtung zu verwenden. Hierfür können au-ßen an dem Kanalabschnitt die erste Koppelanordnung und das Antriebsmittel angebracht werden, und der Ventilkörper kann dann einfach in das Kanalsystem eingelegt werden, so dass er sich, durch den Fluidstrom und/oder die Schwerkraft angetrieben, durch das Kanalsystem bis zu dem Kanalabschnitt mit der Koppelanordnung bewegt, wo er dann durch die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen Magnetanordnung und Supraleiteranordnung gehalten und schwenkbeweglich gelagert wird. Folglich ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung besonders flexibel einsetzbar.As a result, the inventive combination of the two aspects discussed - namely that the valve body is pivotably mounted by a contactless force-transmitting coupling and assumes various positions through a pivoting movement - a channel can be used whose inner channel wall does not have to be designed in any special way. This can facilitate the production of the channel of the valve device according to the invention. Furthermore, the valve body can hereby be used very flexibly. For example, by introducing the valve body into an existing channel system, it is possible to implement a valve device on a desired section of the channel system without having to separate the existing channel system and / or without performing additional work on the channel system such as drilling or the like. Since there are no special requirements for the channel of the valve device according to the invention, it is possible to simply use a channel section of an existing channel system as the channel of the valve device. For this purpose, the first coupling arrangement and the drive means can be attached to the outside of the channel section, and the valve body can then simply be inserted into the channel system so that, driven by the fluid flow and / or gravity, it moves through the channel system up to the Channel section moved with the coupling arrangement, where it is then held by the contactless force-transmitting coupling between the magnet arrangement and the superconductor arrangement and is pivotably mounted. Consequently, the valve device according to the invention can be used particularly flexibly.
Zudem weist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung im Gegensatz zu konventionellen Ventilvorrichtungen kein mechanisches Lager, wie beispielsweise ein Gleit- oder Wälzlager, auf, und erzielt so die Vorteile, dass zum einen weniger oder kein Verschleiß auftritt, und dass zum anderen, da kein mechanisches Lager im Kanal vorhanden ist, auch keine Abdichtung eines solchen mechanischen Lagers erforderlich ist, um ein Austreten des den Kanal durchströmenden Fluids zu verhindern.In addition, in contrast to conventional valve devices, the valve device according to the invention has no mechanical bearing, such as a sliding or roller bearing, and thus achieves the advantages that on the one hand there is less or no wear and on the other hand there is no mechanical bearing in the channel is present, and no sealing of such a mechanical bearing is required to prevent the fluid flowing through the channel from escaping.
Die beanspruchte schwenkbewegliche Lagerung des Ventilkörpers gegenüber dem Kanal kann durch eine magnetische Wechselwirkung zwischen den beiden Koppelanordnungen erzielt werden, die mindestens zwei Translationsfreiheitsgrade und zwei Rotationsfreiheitsgrade ausschließt. Zweckmäßigerweise kann auch mindestens ein Translationsfreiheitsgrad und/oder ein Rotationsfreiheitsgrad durch Abstützung des Ventilkörpers an dem Kanal ausgeschlossen werden. Entscheidend ist, dass durch die Lagerung des Ventilkörpers eine Verschwenkung des Ventilkörpers relativ zum Kanal ermöglicht wird; d.h., dass zwischen Ventilkörper und Kanal ein Rotationsfreiheitsgrad erlaubt ist, so dass der Ventilkörper zwischen den verschiedenen Stellungen verschwenkt werden kann.The claimed pivotable mounting of the valve body relative to the channel can be achieved by a magnetic interaction between the two coupling arrangements which excludes at least two degrees of translational freedom and two degrees of freedom of rotation. Appropriately, at least one degree of translational freedom and / or one degree of freedom of rotation can also be excluded by supporting the valve body on the channel. It is crucial that the mounting of the valve body enables the valve body to pivot relative to the channel; This means that a degree of freedom of rotation is allowed between the valve body and the channel, so that the valve body can be pivoted between the different positions.
Die beanspruchte kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen Magnetanordnung und Supraleiteranordnung kann zum Beispiel durch Nutzung des sogenannten Flux-Pinning- bzw. des Flussverankerung-Effekts in einem Supraleiter erzielt werden. Bei diesem Effekt wird eine bestimmte Magnetfeldgeometrie/Flußverteilung in einem Supraleiter gewissermaßen einprogrammiert oder gespeichert, so dass der Supraleiter dann relativ zu einem Magnetfeld bevorzugt diejenige Stellung einnimmt, bei welcher die Geometrie des den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds mit der im Supraleiter gespeicherten Magnetfeldgeometrie am ehesten übereinstimmt. Zur Nutzung dieses Effekts eignen sich insbesondere Supraleiter zweiter Art, wie z.B. keramische Hochtemperatursupraleiter. Als Beispiele für derartige Supraleiter seien hier YBaCuO (Yttrium-Barium-Kupferoxide) und BiSrCaCuO (Bismut-Strontium-Kalzium-Kupferoxide) genannt.The claimed contactless force-transmitting coupling between the magnet arrangement and the superconductor arrangement can be achieved, for example, by using the so-called flux pinning or flux anchoring effect in a superconductor. With this effect, a certain magnetic field geometry / flux distribution is programmed or stored in a superconductor, so to speak, so that the superconductor then preferably assumes that position relative to a magnetic field in which the geometry of the magnetic field penetrating the superconductor most closely matches the magnetic field geometry stored in the superconductor. Superconductors of the second type, such as ceramic high-temperature superconductors, are particularly suitable for using this effect. Examples of such superconductors are YBaCuO (yttrium-barium-copper oxide) and BiSrCaCuO (bismuth-strontium-calcium-copper oxide).
Die Einspeicherung der Magnetfeldgeometrie in der Supraleiteranordnung kann dadurch erfolgen, dass zunächst die Magnetanordnung in der gewünschten räumlichen Position gegenüber der Supraleiteranordnung angeordnet wird, wobei die Supraleiteranordnung zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur oberhalb ihrer Sprungtemperatur aufweist. Anschließend erfolgt eine Abkühlung der Supraleiteranordnung auf ihre Sprungtemperatur oder darunter, so dass das von der Magnetanordnung bereitgestellte Magnetfeld sinngemäß in die Supraleiteranordnung eingespeichert wird. Bei Beibehaltung der Sprungtemperatur für die Supraleiteranordnung führt eine Veränderung der räumlichen Lage der Magnetanordnung gegenüber der Supraleiteranordnung zu Reaktionskräften, so dass eine gewünschte räumliche Beziehung zwischen der Magnetanordnung und der Supraleiteranordnung kontaktlos aufrechterhalten werden kann.The storage of the magnetic field geometry in the superconductor arrangement can thereby take place that initially the magnet arrangement is arranged in the desired spatial position opposite the superconductor arrangement, the superconductor arrangement having a temperature above its critical temperature at this point in time. The superconductor arrangement is then cooled to its critical temperature or below, so that the magnetic field provided by the magnet arrangement is stored in the superconductor arrangement. If the critical temperature for the superconductor arrangement is maintained, a change in the spatial position of the magnet arrangement with respect to the superconductor arrangement leads to reaction forces, so that a desired spatial relationship between the magnet arrangement and the superconductor arrangement can be maintained without contact.
Zweckmäßigerweise kann die erste Koppelanordnung, die dem Kanal zugeordnet ist, außen an diesem angebracht sein. Die erste Koppelanordnung kann, je nach Anforderung, beweglich oder fest außen an dem Kanal angebracht sein. Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass die erste Koppelanordnung in der Wand des Kanals eingelassen ist, so dass sie möglichst nah an dem Ventilkörper angeordnet ist, um so eine sehr starke Kopplung zwischen den beiden Koppelanordnungen zu erzielen.The first coupling arrangement which is assigned to the channel can expediently be attached to the outside of the channel. The first coupling arrangement can be attached to the outside of the channel in a movable or fixed manner, depending on requirements. Alternatively, it is of course also possible for the first coupling arrangement to be embedded in the wall of the channel so that it is arranged as close as possible to the valve body in order to achieve a very strong coupling between the two coupling arrangements.
Die zweite Koppelanordnung, die dem Ventilkörper zugeordnet ist, kann an diesem befestigt sein. Alternativ dazu können die zweite Koppelanordnung und der Ventilkörper auch als einstückiges Element ausgebildet sein. Ferner kann natürlich auch der gesamte Ventilkörper als die zweite Koppelanordnung fungieren.The second coupling arrangement, which is assigned to the valve body, can be attached to the latter. Alternatively, the second coupling arrangement and the valve body can also be designed as a one-piece element. Furthermore, the entire valve body can of course also function as the second coupling arrangement.
Die Beeinflussung des freien Querschnitts des Kanals kann derart erfolgen, dass der freie Querschnitt bei einer Verschwenkung des Ventilkörpers von einer in eine andere Stellung vergrößert oder verkleinert wird. Der freie Querschnitt kann dabei insbesondere eine Schnittfläche des Kanals sein, die normal zur Fließrichtung des Fluids liegt.The free cross-section of the channel can be influenced in such a way that the free cross-section is increased or decreased when the valve body is pivoted from one position to another. The free cross section can in particular be a cut surface of the channel which is normal to the direction of flow of the fluid.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Filter- und Ventilvorrichtung ausgeführt sein. Dabei kann der Ventilkörper als Filterkörper ausgebildet sein und/oder entsprechende Filterelemente, wie z.B. ein Sieb oder eine siebartige Struktur, umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Filterfunktionalität auch dadurch bereitgestellt werden, dass der Ventilkörper in einer oder mehreren der Stellungen in einem vorbestimmten Abstand zur Kanalinnenwand gehalten wird.The device according to the invention can preferably also be designed as a filter and valve device. The valve body can be designed as a filter body and / or comprise corresponding filter elements, such as a sieve or a sieve-like structure. In addition or as an alternative to this, a filter functionality can also be provided in that the valve body is held in one or more of the positions at a predetermined distance from the inner wall of the duct.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und zweite Koppelanordnung ein Drehlager mit einer Drehachse für den Ventilkörper bilden, so dass die Verschwenkung des Ventilkörpers bei einer Relativbewegung der Koppelanordnungen zueinander um die Drehachse erfolgt.In one embodiment of the invention, it is provided that the first and second coupling arrangements form a pivot bearing with an axis of rotation for the valve body, so that the valve body is pivoted about the axis of rotation when the coupling arrangements move relative to one another.
Zweckmäßigerweise ist hierfür in der Supraleiteranordnung eine im Wesentlichen kreissymmetrische Magnetfeldgeometrie eingespeichert bzw. einprogrammiert, und von der Magnetanordnung wird ein entsprechendes kreissymmetrisches Magnetfeld bereitgestellt. Sind nun Magnetanordnung und Supraleiteranordnung derart zueinander ausgerichtet, dass das bereitgestellte Magnetfeld und die eingespeicherte bzw. einprogrammierte Magnetfeldgeometrie im Wesentlichen koaxial zueinander liegen, so erfährt die Supraleiteranordnung auch bei einer Drehung um die Symmetrieachse der eingespeicherten Magnetfeldgeometrie bzw. des bereitgestellten Magnetfelds im Wesentlichen stets dasselbe Magnetfeld relativ zur eingespeicherten Magnetfeldgeometrie. Dementsprechend stehen einer solchen Drehung keine wesentlichen durch die Kopplung zwischen Magnetanordnung und Supraleiteranordnung bedingten Kräfte entgegen. Folglich kann eine Drehlagerung bereitgestellt werden, deren Drehachse im Wesentlichen der Symmetrieachse der eingespeicherten Magnetfeldgeometrie bzw. des bereitgestellten Magnetfelds entspricht.For this purpose, an essentially circularly symmetrical magnetic field geometry is expediently stored or programmed into the superconductor arrangement, and a corresponding circularly symmetrical magnetic field is provided by the magnet arrangement. If the magnet arrangement and the superconductor arrangement are now aligned with one another in such a way that the magnetic field provided and the stored or programmed magnetic field geometry are essentially coaxial with one another, the superconductor arrangement always experiences essentially the same magnetic field even when rotating around the axis of symmetry of the stored magnetic field geometry or the magnetic field provided relative to the stored magnetic field geometry. Accordingly, such a rotation is not opposed by any substantial forces caused by the coupling between the magnet arrangement and the superconductor arrangement. Consequently, a rotary bearing can be provided, the axis of rotation of which essentially corresponds to the axis of symmetry of the stored magnetic field geometry or of the magnetic field provided.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Koppelanordnung als die Magnetanordnung mindestens einen kreissymmetrischen Permanentmagneten und/oder mindestens einen Ausschnitt eines kreissymmetrischen Permanentmagneten umfasst.In a further embodiment of the invention it is provided that the second coupling arrangement comprises at least one circularly symmetrical permanent magnet and / or at least one section of a circularly symmetrical permanent magnet as the magnet assembly.
Durch derartige Magnetanordnungen kann in einfacher Weise ein im Wesentlichen kreissymmetrisches Magnetfeld bereitgestellt werden, mittels welchem zum Beispiel die oben besprochene Drehlagerung zwischen erster und zweiter Koppelanordnung erzielt werden kann. Beispielsweise können hierfür ein oder mehrere Ringmagnete und/oder Ausschnitte von Ringmagneten eingesetzt werden. Ferner ist in dieser Ausgestaltung die Magnetanordnung dem Ventilkörper zugeordnet und folglich die Supraleiteranordnung dem Kanal zugeordnet. Dies ist von Vorteil, da die Supraleiteranordnung außerhalb des Kanals leichter gekühlt werden kann.By means of such magnet arrangements, an essentially circularly symmetrical magnetic field can be provided in a simple manner, by means of which, for example, the above-discussed rotary bearing between the first and second coupling arrangement can be achieved. For example, one or more ring magnets and / or cutouts from ring magnets can be used for this purpose. Furthermore, in this embodiment the magnet arrangement is assigned to the valve body and consequently the superconductor arrangement is assigned to the channel. This is advantageous since the superconductor arrangement can be cooled more easily outside the channel.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Koppelanordnung als die Magnetanordnung eine Elektromagnetanordnung und/oder eine Permanentmagnetanordnung umfasst.In a further embodiment of the invention it is provided that the first coupling arrangement comprises an electromagnet arrangement and / or a permanent magnet arrangement as the magnet arrangement.
In dieser Ausgestaltung ist nun die Magnetanordnung dem Kanal zugeordnet, und folglich die Supraleiteranordnung dem Ventilkörper. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das durch den Kanal fließende Fluid eine derart niedrige Temperatur aufweist, dass dadurch die Kühlung der Supraleiteranordnung auf bzw. unter die für den supraleitenden Zustand benötigte Sprungtemperatur gewährleistet ist. Ferner kann, wenn die Magnetanordnung als Elektromagnetanordnung ausgebildet ist, eine Steuerung des bereitgestellten Magnetfelds erfolgen, wodurch die Lagerung des Ventilkörpers aktiv angepasst werden kann.In this embodiment, the magnet arrangement is assigned to the channel, and consequently the superconductor arrangement is assigned to the valve body. This is particularly advantageous if the fluid flowing through the channel has such a low temperature that the superconductor arrangement is cooled to or below the transition temperature required for the superconducting state. Furthermore, if the magnet arrangement is designed as an electromagnet arrangement, the magnetic field provided can be controlled, whereby the mounting of the valve body can be actively adapted.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebsmittel eingerichtet ist, ein den Ventilkörper mindestens teilweise durchdringendes Magnetfeld in Abhängigkeit eines Steuersignals bereitzustellen.In a further embodiment of the invention it is provided that the drive means is set up to provide a magnetic field which at least partially penetrates the valve body as a function of a control signal.
Diese Ausgestaltung ist besonders dann von Vorteil, wenn zwischen den beiden Koppelanordnungen wie oben besprochen eine Drehlagerung bereitgestellt wird. Da sich in diesem Fall der Ventilkörper relativ zur ersten Koppelanordnung drehen kann, ist eine Bereitstellung eines Drehmoments auf den Ventilkörper notwendig, um eine gewünschte Verschwenkung des Ventilkörpers zu bewirken. Vorzugsweise findet diese Bereitstellung kontaktlos statt, beispielsweise indem das Antriebsmittel dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld bereitzustellen, welches eine magnetische Wechselwirkung mit wenigstens einer Komponente des Ventilkörpers bewirkt, so dass das für die Verschwenkung benötigte Drehmoment auf den Ventilkörper bereitgestellt werden kann.This embodiment is particularly advantageous when a rotary bearing is provided between the two coupling arrangements, as discussed above. Since in this case the valve body can rotate relative to the first coupling arrangement, it is necessary to provide a torque on the valve body in order to bring about a desired pivoting of the valve body. This provision preferably takes place in a contactless manner, for example in that the drive means is set up to provide a magnetic field which causes a magnetic interaction with at least one component of the valve body, so that the torque required for the pivoting can be provided on the valve body.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine dem Ventilkörper zugeordnete Komponente magnetische Eigenschaften aufweist, so dass das von dem Antriebsmittel bereitgestellte Magnetfeld die Betätigungskraft auf den Ventilkörper ausübt.In a further embodiment of the invention it is provided that at least one component assigned to the valve body has magnetic properties, so that the magnetic field provided by the drive means exerts the actuating force on the valve body.
Beispielsweise kann hier der Ventilkörper oder die zweite Koppelanordnung die Komponente mit den magnetischen Eigenschaften umfassen.For example, the valve body or the second coupling arrangement can include the component with the magnetic properties.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Koppelanordnung und die zweite Koppelanordnung drehfest miteinander gekoppelt sind, und die Antriebsmittel eingerichtet sind, in Abhängigkeit eines Steuersignals die erste Koppelanordnung relativ zum Kanal zu verschwenken, um so die Verschwenkung des Ventilkörpers zu bewirken.In a further embodiment of the invention it is provided that the first coupling arrangement and the second coupling arrangement are rotatably coupled to one another, and the drive means are set up to pivot the first coupling arrangement relative to the channel as a function of a control signal in order to effect the pivoting of the valve body.
Im Gegensatz zu den oben diskutierten Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen die erste und die zweite Koppelanordnung als Drehlager fungieren, sind in dieser Ausgestaltung die erste und die zweite Koppelanordnung drehfest miteinander gekoppelt. Beispielsweise können dabei durch die Kopplung alle Bewegungsfreiheitsgrade zwischen den Koppelanordnungen ausgeschlossen werden. Hierfür ist die Supraleiteranordnung vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine im Wesentlichen starre Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnetanordnung vorliegt. Diese im Wesentlichen starre Kopplung wird durch eine geeignete Magnetisierung der wenigstens einen Magnetanordnung und eine entsprechende Speicherung der Magnetfeldgeometrie der Magnetanordnung im Supraleiter erreicht. Vorzugsweise stellt die Magnetanordnung ein Magnetfeld bereit, das in keiner der drei Raumrichtungen gleichförmig ausgebildet ist, so dass bei der Speicherung dieser Magnetfeldgeometrie in dem Supraleiter, die bei der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur erfolgen kann, eine eindeutige räumliche Zuordnung zwischen der Magnetanordnung und der Supraleiteranordnung erreicht wird.In contrast to the embodiments of the invention discussed above, in which the first and second coupling arrangements function as rotary bearings, in this embodiment the first and second coupling arrangements are coupled to one another in a rotationally fixed manner. For example, all degrees of freedom of movement between the coupling arrangements can be excluded by the coupling. For this purpose, the superconductor arrangement is preferably designed in such a way that there is an essentially rigid coupling between the superconductor arrangement and the magnet arrangement. This essentially rigid coupling is achieved by suitable magnetization of the at least one magnet arrangement and corresponding storage of the magnetic field geometry of the magnet arrangement in the superconductor. The magnet arrangement preferably provides a magnetic field that is not uniform in any of the three spatial directions, so that when this magnetic field geometry is stored in the superconductor, which can occur when the superconductor cools to or below its critical temperature, a clear spatial association between the magnet arrangement and the superconductor assembly is achieved.
Hierdurch ist es möglich, die Stellung des Ventilkörpers direkt über eine Lageveränderung der ersten Koppelanordnung einzustellen. Insbesondere ist es dabei möglich, den Ventilkörper direkt über eine Verschwenkung der ersten Koppelanordnung zu verschwenken. Dafür kann z.B. das Antriebsmittel einen Drehmotor umfassen, der über eine Welle mit der ersten Koppelanordnung verbunden ist, um so die erste Koppelanordnung relativ zum Kanal zu verschwenken, was dann wiederum zu einer Verschwenkung der zweiten Koppelanordnung und so zu einer Stellungsänderung des Ventilkörpers relativ zum Kanal führt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass kein weiteres Magnetfeld zur Bewirkung der Schwenkbewegung des Ventilkörpers erforderlich ist.This makes it possible to adjust the position of the valve body directly by changing the position of the first coupling arrangement. In particular, it is possible to pivot the valve body directly by pivoting the first coupling arrangement. For this, for example, the drive means can comprise a rotary motor which is connected to the first coupling arrangement via a shaft in order to pivot the first coupling arrangement relative to the channel, which in turn leads to a pivoting of the second coupling arrangement and thus to a change in the position of the valve body relative to the channel leads. This procedure has the advantage that no further magnetic field is required to effect the pivoting movement of the valve body.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Supraleiteranordnung mindestens einen plattenförmigen Supraleiter umfasst, der mindestens teilweise innerhalb eines von der Magnetanordnung bereitgestellten Magnetfelds angeordnet ist.In a further embodiment of the invention it is provided that the superconductor arrangement comprises at least one plate-shaped superconductor which is at least partially arranged within a magnetic field provided by the magnet arrangement.
Plattenförmige Supraleiter sind gut dazu geeignet, mittels des oben besprochenen Flux-Pinning-Effekts eine kontaktlose, feste Kopplung zu einer Magnetanordnung bereitzustellen. Vorzugsweise ist dabei der plattenförmige Supraleiter derart angeordnet, dass ihn das Magnetfeld der Magnetanordnung normal zur Plattenebene durchdringt.Plate-shaped superconductors are well suited to provide a contactless, fixed coupling to a magnet arrangement by means of the flux pinning effect discussed above. The plate-shaped superconductor is preferably arranged in such a way that the magnetic field of the magnet arrangement penetrates it normal to the plane of the plate.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung am Kanal anliegt, so dass der Ventilkörper in der ersten Stellung und/oder der zweiten Stellung stabil gelagert ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that the valve body rests against the channel in the first position and / or the second position, so that the valve body is mounted in a stable manner in the first position and / or the second position.
Auf diese Weise kann eine sehr einfache stabile Lagerung des Ventilkörpers in der ersten und/oder zweiten Stellung erzielt werden. Insbesondere in der oben diskutierten Ausgestaltung, bei welcher die beiden Koppelanordnungen ein Drehlager bilden, und das Antriebsmittel eingerichtet ist, ein Drehmoment um die Drehachse auf den Ventilkörper zu beaufschlagen, kann durch ein Anliegen bzw. Abstützen des Ventilkörpers am Kanal eine stabile Lagerung des Ventilkörpers in der entsprechenden Stellung erzielt werden.In this way, a very simple, stable mounting of the valve body in the first and / or second position can be achieved. In particular in the embodiment discussed above, in which the two coupling arrangements form a pivot bearing, and the drive means is set up to apply a torque about the axis of rotation to the valve body, stable mounting of the valve body in the corresponding position can be achieved by resting or supporting the valve body on the channel.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper mindestens eine Dichtlippe umfasst, die in der ersten und/oder zweiten Stellung an dem Kanal anliegt, so dass der Kanal in einer der beiden Stellungen verschlossen wird.In a further embodiment of the invention it is provided that the valve body comprises at least one sealing lip which rests against the channel in the first and / or second position so that the channel is closed in one of the two positions.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt
-
1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei eine Magnetanordnung dem Ventilkörper zugeordnet ist, eine erste und eine zweite Koppelanordnung ein Drehlager bilden und sich der Ventilkörper in einer ersten Stellung relativ zum Kanal befindet, -
2 eine schematische Draufsicht der in1 gezeigten ersten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei sich der Ventilkörper in einer zweiten Stellung relativ zum Kanal befindet, -
3 eine schematische Seitenansicht der in1 gezeigten ersten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, -
4 eine schematische Seitenansicht auf eine zweite Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei die Magnetanordnung außen am Kanal angeordnet ist und die erste und zweite Koppelanordnung ein Drehlager bilden, -
5 eine schematische Draufsicht einer dritten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei die erste und zweite Koppelanordnung drehfest miteinander gekoppelt sind, -
6 eine schematische Seitenansicht der in5 gezeigten dritten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, -
7 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung, wobei der Ventilkörper Dichtlippen umfasst und die Supraleiteranordnung in der Kanalwandung eingelassen ist, -
8 eine schematische Draufsicht der in7 gezeigten vierten Ausführungsform einer Ventilvorrichtung.
-
1 a schematic plan view of a first embodiment of a valve device, wherein a magnet arrangement is assigned to the valve body, a first and a second coupling arrangement form a pivot bearing and the valve body is in a first position relative to the channel, -
2 a schematic plan view of the in1 shown first embodiment of a valve device, wherein the valve body is in a second position relative to the channel, -
3 a schematic side view of the in1 shown first embodiment of a valve device, -
4th a schematic side view of a second embodiment of a valve device, wherein the magnet arrangement is arranged on the outside of the channel and the first and second coupling arrangement form a pivot bearing, -
5 a schematic top view of a third embodiment of a valve device, wherein the first and second coupling arrangement are rotatably coupled to one another, -
6th a schematic side view of the in5 shown third embodiment of a valve device, -
7th a schematic side view of a fourth embodiment of a valve device, wherein the valve body comprises sealing lips and the superconductor arrangement is embedded in the duct wall, -
8th a schematic plan view of the in7th shown fourth embodiment of a valve device.
In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten der dargestellten Ausführungsformen jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehrfache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird.In the following description of the figures, the same designations are used for functionally identical components of the illustrated embodiments, with multiple descriptions of functionally identical components being dispensed with.
In den Figuren ist der Ventilkörper
Der Ventilkörper
In den
Der Kanal
Wie in
Wie in der
Wie ebenfalls in der
Damit sich zwischen den Supraleiteranordnungen
In der ersten Ausführungsform umfasst die Ventilvorrichtung
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Antriebsmittel
Das Antriebsmittel
In dieser zweiten Ausführungsform können ferner die Magnetanordnungen
Wie bereits in der ersten Ausführungsform kann auch in der zweiten Ausführungsform die Anzahl der Magnetanordnungen
Zudem kann auch in der zweiten Ausführungsform der Ventilkörper
Die
Analog zu den in den
Zudem kann auch in der dritten Ausführungsform der Ventilkörper
Die
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